银行门户网站开发,python代码大全,wordpress启用注册,网站建设域名和空间目录 一、Kubernetes#xff08;K8s#xff09;概述
1.1、什么是K8s
1.2、K8s的作用
1.3、K8s的功能
二、K8s的特性
2.1、弹性伸缩
2.2、自我修复
2.3、服务发现和负载均衡
2.4、自动发布#xff08;默认滚动发布模式#xff09;和回滚
2.5、集中化配置管理和密钥…目录 一、KubernetesK8s概述
1.1、什么是K8s
1.2、K8s的作用
1.3、K8s的功能
二、K8s的特性
2.1、弹性伸缩
2.2、自我修复
2.3、服务发现和负载均衡
2.4、自动发布默认滚动发布模式和回滚
2.5、集中化配置管理和密钥管理
2.6、存储编排
2.7、任务批处理运行
三、kubernetes的集群架构与组件
3.1、Master 组件
①kube-apiserver资源操作的唯一入口
②Kube-controller-manager负责维护集群的状态
③Kube-scheduler负责集群资源调度
3.2、配置存储中心
Etcd配置存储中心
3.3、Node 组件
①Kubelet负责维护容器的生命周期
②Kube-proxy负责提供集群内部的服务发现和负载均衡
③docker/rocket容器引擎
四、K8s工作流程
五、Kubernetes 核心概念
5.1、Pod
5.2、Pod 控制器
5.3、Deployment—无状态应用部署
5.4、Statefulset—有状态应用部署
5.5、Label-标签
5.6、Label 选择器Label selector
5.7、Service
5.8、Ingress
5.9、Name
5.10、Namespace 一、KubernetesK8s概述
1.1、什么是K8s
kubernetes是一个可移植可扩展的开源平台用于管理容器化工作负载和服务有助于声明式配置和自动化。它拥有庞大且快速发展的生态系统。kubernetes服务支持和工具随处可见。 作用用于自动部署扩展和管理“容器化应用程序”的开源系统。 可以理解成k8s是负责自动化运维管理多个容器化程序比如docker的集群是一个生态及其丰富的容器编排框架工具。 由来k8s由google的Borg系统(博格系统google内部使用的大规模容器编排工具)作为原型后经GO语言延用Borg的思路重写并捐献给CNCF基金会开源。
含义来源于希腊语中的舵手飞行员
官网 https://kubernetes.io 英文 https://kubernetes.io/zh-cn/docs 中文
1.2、K8s的作用
传统的后端部署是把程序包放到服务器上接着运行启动脚本把程序跑起来同时启动守护脚本定期检查程序运行状态必要的话重新拉起程序。
①案例如果服务器的请求量上来了已经部署的服务响应不过来怎么办
传统的做法是如果请求量内存cpu超过了阈值做了警告运维人员就会马上增加服务器部署好服务之后接入负载均衡来分担已有服务的压力。
这样做的弊端就是需要人力的介入而k8s要做的事情就是自动化运维管理容器化的程序。
②k8s的目的就是让部署容器化应用简单高效。
k8s解决了裸跑docker的若干痛点
单机使用无法有效集群
随着容器数量的上升管理成本攀升
没有有效的容灾自愈的机制
没有预设编排模板无法实现快速大规模容器的调度
没有统一的配置管理中心工具
没有容器生命周期的管理工具
没有图形化运维管理工具。
1.3、K8s的功能
K8S是Google开源的容器集群管理系统在Docker等容器技术的基础上为容器化的应用提供部署运行、资源调度、服务发现和动态伸缩等一系列完整功能提高了大规模容器集群管理的便捷性。 1、使用 Docker 等容器技术对应用程序包装package、实例化instantiate、运行run。 2、以集群的方式运行、管理跨机器的容器。 3、解决 Docker 跨机器容器之间的通讯问题。 4、K8S 的自我修复机制使得容器集群总是运行在用户期望的状态。 二、K8s的特性
2.1、弹性伸缩
使用命令、UI或者基于CPU使用情况自动快速扩容和缩容应用程序实例保证应用业务高峰并发时的高可用性业务低峰时回收资源以最小成本运行服务。
2 台机器 提供 web 服务 网站高并发 系统资源占比来 自动扩展机器 10 并发一旦过去了 自动收 1
2.2、自我修复
在节点故障时重新启动失败的容器替换和重新部署保证预期的副本数量杀死健康检查失败的容器并且在未准备好之前都不会处理客户端请求确保线上服务不中断。
2.3、服务发现和负载均衡
K8S为多个容器提供一个统一访问入口(内部IP地址和一个DNS名称)并且负载均衡关联的所有容器使得用户无需考虑容器IP问题。
2.4、自动发布默认滚动发布模式和回滚
K8S采用滚动更新策略更新应用一次更新一个或者部分Pod而不是同时删除所有Pod如果更新过程中出现问题将回滚更改确保升级不影响业务。
2.5、集中化配置管理和密钥管理
管理机密数据和应用程序配置而不是需要把敏感数据暴露在镜像里提高敏感数据的安全性并可以将一些常用的配置存储在k8s中方便应用程序使用。
2.6、存储编排
支持外挂存储并对外挂存储资源进行编排挂载外部存储系统无论是来自本地存储共有云如AWS还是网络存储如NFS,GlustersCeph都作为集群资源的一部分使用极大提高存储使用灵活性。
2.7、任务批处理运行
提供一次性任务定时任务满足批量数据处理和分析的场景。
三、kubernetes的集群架构与组件
K8S 是属于主从设备模型Master-Slave 架构即有 Master 节点负责集群的调度、管理和运维Slave 节点是集群中的运算工作负载节点。 在 K8S 中主节点一般被称为 Master 节点而从节点则被称为 Worker Node 节点每个 Node 都会被 Master 分配一些工作负载。
Master 组件可以在群集中的任何计算机上运行但建议 Master 节点占据一个独立的服务器。因为 Master 是整个集群的大脑如果 Master 所在节点宕机或不可用那么所有的控制命令都将失效。除了 Master在 K8S 集群中的其他机器被称为 Worker Node 节点当某个 Node 宕机时其上的工作负载会被 Master 自动转移到其他节点上去。 3.1、Master 组件
①kube-apiserver资源操作的唯一入口
用于暴露 Kubernetes API任何资源请求或调用操作都是通过 kube-apiserver 提供的接口进行。以 HTTP Restful API 提供接口服务所有对象资源的增删改查和监听操作都交给 API Server 处理后再提交给 Etcd 存储。
可以理解成 API Server 是 K8S 的请求入口服务。API Server 负责接收 K8S 所有请求来自 UI 界面或者 CLI 命令行工具 然后根据用户的具体请求去通知其他组件干活。可以说 API Server 是 K8S 集群架构的大脑。
②Kube-controller-manager负责维护集群的状态
运行管理控制是k8s集群中处理常规任务的后台线程是k8s集群里所有资源对象的自动化控制中心。
在k8s集群中一个资源对应一个控制器而controller manager就是负责管理这些控制器的。
由一系列控制器组成通过api server监控整个集群的状态并确保集群处于预期的工作状态比比如当某个node意外宕机时controller manager会及时发现并执行自动化修复流程确保集群始终处于预期的工作状态。
这些控制器主要包括 •Node Controller节点控制器负责在节点出现故障时发现和响应。•Replication Controller副本控制器负责保证集群中一个 RC资源对象 Replication Controller所关联的 Pod 副本数始终保持预设值。可以理解成确保集群中有且仅有 N 个 Pod 实例N 是 RC 中定义的 Pod 副本数量。•Endpoints Controller端点控制器填充端点对象即连接 Services 和 Pods负责监听 Service 和对应的 Pod 副本的变化。 可以理解端点是一个服务暴露出来的访问点如果需要访问一个服务则必须知道它的 endpoint。•Service Account Token Controllers服务帐户和令牌控制器为新的命名空间创建默认帐户和 API 访问令牌。•ResourceQuota Controller资源配额控制器确保指定的资源对象在任何时候都不会超量占用系统物理资源。•Namespace Controller命名空间控制器管理 namespace 的生命周期。•Service Controller服务控制器属于 K8S 集群与外部的云平台之间的一个接口控制器。 ③Kube-scheduler负责集群资源调度
是负责资源调度的进程根据调度算法为新创建的 Pod 选择一个合适的 Node 节点。 62种
可以理解成 K8S 所有 Node 节点的调度器。当用户要部署服务时Scheduler 会根据调度算法选择最合适的 Node 节点来部署 Pod。 •预选策略predicate •优选策略priorities
API Server 接收到请求创建一批 Pod API Server 会让 Controller-manager 按照所预设的模板去创建 PodController-manager 会通过 API Server 去找 Scheduler 为新创建的 Pod 选择最适合的 Node 节点。比如运行这个 Pod 需要 2C4G 的资源Scheduler 会通过预选策略过滤掉不满足策略的 Node 节点。Node 节点中还剩多少资源是通过汇报给 API Server 存储在 etcd 里API Server 会调用一个方法找到 etcd 里所有 Node 节点的剩余资源再对比 Pod 所需要的资源如果某个 Node 节点的资源不足或者不满足 预选策略的条件则无法通过预选。预选阶段筛选出的节点在优选阶段会根据优先策略为通过预选的 Node 节点进行打分排名 选择得分最高的 Node。例如资源越富裕、负载越小的 Node 可能具有越高的排名。
3.2、配置存储中心
Etcd配置存储中心
K8S 的存储服务。etcd 是分布式键值存储系统存储了 K8S 的关键配置和用户配置K8S 中仅 API Server 才具备读写权限其他组件必须通过 API Server 的接口才能读写数据。
etcd是一种定时全量备份持续增量备份的持久化方式最后存储在磁盘中。
ETCD一般会作为3副本机制奇数方式分布在三台master上也有的公司单独用服务器部署ETCD
3.3、Node 组件
①Kubelet负责维护容器的生命周期
Node节点的监视器以及与master节点的通讯器。Kubelet是master节点安插在node节点上的“眼线”它会定时向api server汇报自己的node节点上运行的服务的状态并接受来自master节点的指示采取调整措施。
从master节点获取自己节点上pod的期望状态比如运行什么容器运行的副本的数量网络或者存储如何配置等直接跟容器引擎交互实现容器的生命周期管理如果自己节点上的pod的状态与期望的状态不一样则调用对应的容器平台接口即docker的接口达到这个状态。
管理镜像和容器的清理工作保证节点上镜像不会沾满磁盘空间退出的容器不会占用太多资源。
总结就是kubernetes集群中在每个node上都会启动一个kubelet服务进程。该进程用于处理master下发到本节点的任务管理pod及pod中的容器。每个kubelet进程都会在api server上注册节点自身的信息定期向master汇报节点资源的使用情况并通过cadvisor监控容器和节点资源
②Kube-proxy负责提供集群内部的服务发现和负载均衡
在每个node节点上实现pod网络代理是Kubernetes service资源的载体负责维护网络规则和四层负载均衡工作负责写入规则至iptablesipvs实现服务映射访问的。
kube-proxy本身不是直接给pod提供网络pod的网络是由kubelet提供的kube-proxy实际上维护的是虚拟的pod集群网络
kube-apiserver通过监控kube-proxy进行对kubernetes service的更新和端点的维护
在k8s集群中微服务的负载均衡室友kube-proxy实现的。kube-proxy是k8s集群内部的负载均衡器。他是一个分布式代理服务器在k8s的每个节点上都会运行一个kube-proxy组件。 kube-proxy的三种模式 userspace代理模式 iptables代理模式 IPVS代理模式 ipvs和iptables的异同 iptables与IPVS都是基于Netfilter实现的但因为定位不同二者有着本质的差别iptables是为防火墙而设计的IPVS则专门用于高性能负载均衡并使用更高效的数据结构(Hash表)允许几乎无限的规模扩张。 与iptables相比IPVS拥有以下明显优势 为大型集群提供了更好的可扩展性和性能 支持比iptables更复杂的复制均衡算法(最小负载、最少连接、加权等) 支持服务器健康检查和连接重试等功能 可以动态修改ipset的集合即使iptables的规则正在使用这个集合。 ③docker/rocket容器引擎
容器引擎运行容器负责本机的容器创建和管理工作。现在基本上都是用的docker。
四、K8s工作流程 1、首先管理员操作kubectl命令向kube-apiserver发送任务请求先到Auth进行权限认证身份认证然后进入到kube-apiserver中kube-apiserver会将数据存储到Etcd中
2、kube-apiserver会根据Etcd中管理员执行的操作去调用Kube-controller-manager控制管理器对应的控制器进行对应的操作
3、Kube-controller-manager会通过调用创建控制器到kube-apiserver创建replication副本kube-apiserver将操作存储到etcd中kube-apiserver再调用kube-scheduler调度器进行算法选择为pod选择最合适的节点创建kube-scheduler需要通过kube-apiserver在node节点上的kubelet进行预选策略和优选策略来选择最优的node节点kube-apiserver将动作优选node节点信息保存到Etcd中
4、kube-scheduler选择完节点后通过kube-apiserver的kubelet在对应的node节点上创建pod并通知对应node节点的docker在pod中创建容器然后通过kube-apiserver将pod信息存储到Etcd中
5、容器需要对外提供服务的时候通过node节点的kube-proxy代理对外映射端口信息kube-proxy进来之后通过service负载均衡器分发到容器上访问容器根据label标签访问的。
五、Kubernetes 核心概念
Kubernetes 包含多种类型的资源对象Pod、Label、Service、Replication Controller 等。 所有的资源对象都可以通过 Kubernetes 提供的 kubectl 工具进行增、删、改、查等操作并将其保存在 etcd中持久化存储。 Kubernets其实是一个高度自动化的资源控制系统通过跟踪对比etcd存储里保存的资源期望状态与当前环境中的实际资源状态的差异来实现自动控制和自动纠错等高级功能。
5.1、Pod Pod 是 Kuberntes 创建或部署的最小/最简单的基本单位一个 Pod 代表集群上正在运行的一个进程。 可以把 Pod 理解成豌豆荚而同一 Pod 内的每个容器是一个个豌豆。 一个 Pod 由一个或多个容器组成Pod 中容器共享网络、存储和计算资源在同一台 Docker 主机上运行。 一个 Pod 里可以运行多个容器又叫边车SideCar模式。而在生产环境中一般都是单个容器或者具有强关联互补的多个容器组成一个Pod。 同一个 Pod 之间的容器可以通过 localhost 互相访问并且可以挂载 Pod 内的所有的数据卷但是不同的 Pod之间的容器不能用 localhost 访问也不能挂载其他 Pod 的数据卷。
5.2、Pod 控制器
Pod 控制器是 Pod 启动的一种模板用来保证在 K8S 里启动的 Pod 应始终按照用户的预期运行副本数、生命周期、健康状态检查等。K8S 内提供了众多的 Pod 控制器常用的有以下几种 Deployment无状态应用部署。Deployment 的作用就是管理和控制 Pod 和ReplicaSet管控它们运行在用户期望的状态中。
Replicaset确保预期的 Pod 副本数量。ReplicaSet 的作用就是管理和控制 Pod管控他们好好干活。但是ReplicaSet 受控于 Deployment。可以理解成 Deployment 就是总包工头主要负责监督底下的工人 Pod干活确保每时每刻有用户要求数量的 Pod 在工作。如果一旦发现某个工人 Pod 不行了就赶紧新拉一个 Pod 过来替换它。而ReplicaSet 就是总包工头手下的小包工头。从 K8S 使用者角度来看用户会直接操作 Deployment 部署服务而当Deployment 被部署的时候K8S 会自动生成要求的 ReplicaSet 和 Pod。用户只需要关心 Deployment而不操心 ReplicaSet。资源对象 Replication Controller 是 ReplicaSet 的前身官方推荐用Deployment 取代 Replication Controller 来部署服务。
Daemonset确保所有节点运行同一类Pod保证每个节点上都有一个此类 Pod 运行通常用于实现系统级后台任务。
Statefulset有状态应用部署。
Job一次性任务。**根据用户的设置Job 管理的 Pod 把任务成功完成就自动退出了。
Cronjob周期性计划性任务。
Ingress管理 L7 层的网络模式http/https 流量ingress 包含nginx、Haproxy、traffic、 istio、kong
PV/PVC:动态存储。NFS接入到k8s时不能直接挂载要利用pv/pvc来管理共享存储也是资源由pv/pvc来管理。比如10G不够了扩容由pv/pvc来进行动态扩容处理。
5.3、Deployment—无状态应用部署
Nginx 这种类型的服务只开启反向代理的功能的时候假设nginx 宕了重新跑一个新的替换过来可以直接用。没有差异化称为无状态。
无状态服务LVS加入集群后无特殊性需求—需求 1、服务不依赖自身的状态实例的状态数据可以维护再内存中 2、任何一个请求都可以被任意一个实例处理 3、不存储状态数据实例可以水平扩展通过负载均衡将请求分发到各个节点 4、在一个封闭的系统中只存在一个数据闭环 5、通常存在于单体架构集群中 5.4、Statefulset—有状态应用部署
里面运行的是mysqlmysql 宕了配置一样不能直接用数据有差异性加入集群后满足特定规则存储数据的规则才能使用有差异化称为有状态。
有状态服务例如数据库 由特殊状态需求例如需要持久化、需要特定的数据支持 1、服务本身依赖或者存在局部的状态数据这些数据需要自身持久化或者可以通过其他节点恢复。 2、一个请求只能被某个节点或者同等状态下的节点处理。 3、存储状态数据实例的拓展需要整个系统参与状态的迁移。 4、在一个封闭的系统中存在多个数据闭环需要考虑这些闭环的数据一致性问题。 5、通常存在于分布式架构中。 总结 无状态服务就是没有特殊状态的服务各个请求对于服务器来说统一无差别处理请求自身携带了所有服务端所需要的所有参数服务端自身不存储跟请求相关的任何数据不包括数据库存储信息。 有状态服务与之相反有状态服务在服务端保留之前请求的信息用以处理当前请求比如session等。 5.5、Label-标签
标签是 K8S 特色的管理方式便于分类管理资源对象。Label 可以附加到各种资源对象上例如Node、Pod、Service、RC 等用于关联对象、查询和筛选。
一个 Label 是一个 key-value 的键值对其中 key 与 value 由用户自己制定。
一个资源对象可以定义任意数量的 Label同一个 Label 也可以被添加到任意数量的资源对象中也可以在对象创建后动态添加或者删除。
可以通过给指定的资源对象捆绑一个或多个不同的 Label来实现多维度的资源分组管理功能。 与 Label 类似的还有 Annotation注释。区别在于有效的标签值必须为 63个字符或更少并且必须为空或以字母数字字符[a-z0-9A-Z]开头和结尾中间可以包含横杠-、下划线_、点.和字母或数字。注释值则没有字符长度限制。
5.6、Label 选择器Label selector
给某个资源对象定义一个 Label就相当于给它打了一个标签随后可以通过标签选择器Label selector查询和筛选拥有某些 Label 的资源对象。 标签选择器目前有两种基于等值关系等于、不等于和基于集合关系属于、不属于、存在。
5.7、Service
在 K8S 的集群里虽然每个 Pod 会被分配一个单独的 IP 地址但由于 Pod 是有生命周期的它们可以被创建而且销毁之后不会再启动随时可能会因为业务的变更导致这个 IP 地址也会随着 Pod 的销毁而消失。Service 就是用来解决这个问题的核心概念。 K8S 中的 Service 并不是我们常说的 “服务” 的含义而更像是网关层可以看做一组提供相同服务的 Pod 的对外访问的接口、流量均衡器。
Service 作用于哪些 Pod 是通过标签选择器来定义的。 在 K8S 集群中Service 可以看做一组提供相同服务的 Pod 的对外访问接口。客户端需要访问的服务就是 Service 对象。每个 Service 都有一个固定的虚拟 IP这个 IP 也被称为 Cluster IP自动并且动态地绑定后端的 Pod所有的网络请求直接访问 Service 的虚拟 IPService 会自动向后端做转发。 Service 除了提供稳定的对外访问方式之外还能起到负载均衡Load Balance的功能自动把请求流量分不到后端所有的服务上Service 可以做到对客户透明地进行水平扩展scale。而实现 service 这一功能的关键就是 kube-proxy。kube-proxy 运行在每个节点上监听 API Server 中服务对象的变化可通过以下三种流量调度模式userspace废弃、iptables濒临废弃、ipvs推荐性能最好来实现网络的转发。
**Service 是 K8S 服务的核心屏蔽了服务细节统一对外暴露服务接口真正做到了 “微服务”。**比如我们的一个服务 A部署了 3 个副本也就是 3 个 Pod对于用户来说只需要关注一个 Service 的入口就可以而不需要操心究竟也应该请求哪一个 Pod。优势非常明显一方面外部用户不需要感知因为 Pod 上服务的意外崩溃、K8S 重新拉起 Pod 而造成的 IP 变更外部用户也不需要感知因升级、变更服务带来的 Pod 替换而造成的 IP 变化。
创建service需要ServiceController,EndpointControllre,kube-proxy,三个模块同时协作。 ServiceController是控制service来创建对应的Pod关联的规则 EndpointController是定义后端pod的具体位置也就是endpointupstream consul的自动发现和更新 kube-proxy是用来定义具体的后端转发和分流规则的 以上组成了一个service所必要的功能
5.8、Ingress Service 主要负责 K8S 集群内部的网络拓扑那么集群外部怎么访问集群内部呢这个时候就需要 Ingress 了。Ingress 是整个 K8S 集群的接入层负责集群内外通讯。 Ingress 是 K8S 集群里工作在 OSI 网络参考模型下第7层的应用对外暴露的接囗典型的访问方式是 http/https。 Service 只能进行第四层的流量调度表现形式是 ipport。Ingress 则可以调度不同业务域、不同URL访问路径的业务流量。 比如客户端请求 http://www.kgc.com:port --- Ingress --- Service --- Pod
5.9、Name
由于 K8S 内部使用 “资源” 来定义每一种逻辑概念功能所以每种 “资源”都应该有自己的 “名称”。 “资源” 有 api 版本apiversion、类别kind、元数据metadata、定义清单spec、状态status等配置信息。 “名称” 通常定义在 “资源” 的 “元数据” 信息里。在同一个 namespace 空间中必须是唯一的。
5.10、Namespace
随着项目增多、人员增加、集群规模的扩大需要一种能够逻辑上隔离 K8S 内各种 “资源” 的方法这就是 Namespace。 Namespace 是为了把一个 K8S 集群划分为若干个资源不可共享的虚拟集群组而诞生的。 不同 Namespace 内的 “资源” 名称可以相同相同 Namespace 内的同种 “资源”“名称” 不能相同。 合理的使用 K8S 的 Namespace可以使得集群管理员能够更好的对交付到 K8S 里的服务进行分类管理和浏览。 K8S 里默认存在的 Namespace 有default、kube-system、kube-public 等。 查询 K8S 里特定 “资源” 要带上相应的 Namespace。
